Географические, геологические и экологические критерии генерации, поисков, эксплуатации и переработки месторождений-гигантов кислых компонентов в солеродных впадинах мира

 О. И. Серебряков, А. Н. Бармин  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ, ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ  
И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ГЕНЕРАЦИИ, 
ПОИСКОВ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПЕРЕРАБОТКИ 
МЕСТОРОЖДЕНИЙ-ГИГАНТОВ КИСЛЫХ 
КОМПОНЕНТОВ В СОЛЕРОДНЫХ ВПАДИНАХ МИРА 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
1 
 

УДК 622.01 
ББК 33.11 
С32  
 
Рецензенты: 
доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный специалист 
НИИ «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг», акедемик МАМР,  
член-корреспондент РАЕН А. В. Бочкарев; 
кандидат технических наук, доцент (Астраханский государственный  
технический университет) Г. И. Журавлев 
 
 
 
Серебряков, О. И. 
С32       Географические, геологические и экологические критерии генерации, 
поисков, эксплуатации и переработки месторождений-гигантов кислых 
компонентов в солеродных впадинах мира : монография / О. И. Серебряков, А. Н. Бармин. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 364 с. : 
ил., табл. 
 
ISBN 978-5-9729-0804-2 
 
 
Исследован мировой и отечественный опыт поисков, эксплуатации и добычи месторождений-гигантов в солеродных впадинах, содержащих кислые газы. Обосновано моделирование направлений техногенеза окружающей среды 
кислыми газами. Изучен опыт поисково-разведочных и эксплуатационных работ в солеродной впадине Голф Кост (США), необходимый для оптимизации 
освоения природного сырья в солеродной Прикаспийской впадине и других регионах мира. Обобщены и исследованы материалы по составу жидких и газовых углеводородов, позволившие установить закономерности в их поведении. 
Для работников ТЭК и нефтегазодобывающей промышленности. Может 
быть полезно студентам, аспирантам, преподавателям и научным работникам 
геологических, географических и экологических специальностей.  
 
            УДК 622.01 
 
ББК 33.11 
                                                                      
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0804-2 
© Серебряков О. И., Бармин А. Н., 2022 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
2 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 6 
ГЛАВА 1. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ, ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ 
ОЦЕНКИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПОИСКАХ, ЭКСПЛУАТАЦИИ  
И ДОБЫЧЕ КИСЛЫХ КОМПОНЕНТОВ ............................................................ 12 
1.1. Влияние солянокупольного тектогенеза на разведку и разработку 
месторождений с кислыми компонентами ........................................................... 12 
1.2. Экологическая и геологическая классификация источников техногенного 
воздействия на солеродную среду при освоении месторождений  
с кислыми компонентами ....................................................................................... 25 
1.3. Современные представления об экологической опасности  
кислых газов 
............................................................................................................. 29 
1.4. Мировой и отечественный экологический и геологический опыт 
утилизации кислых компонентов .......................................................................... 36 
ГЛАВА 2. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ 
ГЕНЕРАЦИИ И АККУМУЛЯЦИИ КИСЛЫХ ГАЗОВ В СОЛЕРОДНЫХ 
ВПАДИНАХ ............................................................................................................ 41 
2.1. Географические и геологические особенности размещения  
кислых газов в солеродных бассейнах мира ........................................................ 41 
2.2. Термобарические условия генерации кислых газов ..................................... 54 
2.3. Гидродинамические особенности миграции и аккумуляции  
кислых газов 
............................................................................................................. 57 
2.4. Гидрохимические условия генерации кислых газов .................................... 63 
ГЛАВА 3. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕФТЕЙ  
И ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ  
В СОЛЕРОДНЫХ ВПАДИНАХ 
............................................................................ 83 
3.1. Закономерности распределения кислых газов в геологической  
cреде 
.......................................................................................................................... 83 
3.2. Геохимические особенности природных газов с кислыми  
компонентами .......................................................................................................... 90 
3.3. Закономерности состава нефтей с кислыми компонентами 
........................ 96 
ГЛАВА 4. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ, ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ 
ВЛИЯНИЕ РАЗВЕДКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ  
С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ НА СОЛЕРОДНУЮ СРЕДУ .................. 111 
4.1. Экологическое воздействие разведки и эксплуатации  
месторождений с кислыми компонентами на геологическую среду 
............... 112 
4.2. Техногенные компоненты в природных пластовых водах ........................ 123 
4.3. Геодинамические процессы при разведке и эксплуатации  
месторождений с кислыми компонентами ......................................................... 124 
4.3.1. Экологическое влияние современных движений соляных  
структур на разведку солеродных впадин ...................................................... 126 
 
3 
 

4.3.2. Экологическое влияние соляного тектогенеза на дизъюнктивность 
осадочного комплекса месторождений 
........................................................... 135 
4.3.3. Экологическое влияние соляного тектогенеза  
на промышленные объекты добычи и переработки кислых газов 
............... 137 
4.3.4. Экологические геодинамические процессы  
при эксплуатации месторождений с кислыми компонентами ..................... 138 
ГЛАВА 5. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ, ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ 
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ-ГИГАНТОВ С КИСЛЫМИ 
КОМПОНЕНТАМИ .............................................................................................. 141 
5.1. Физико-географическая характеристика месторождений-гигантов  
с кислыми компонентами ..................................................................................... 141 
5.2. Газовые месторождения-гиганты с кислыми компонентами .................... 144 
5.2.1. Геологическая модель гигантского газового  
месторождения .................................................................................................. 147 
5.2.2. Моделирование эксплуатации газовых гигантов 
................................. 164 
5.2.3. Гидрогеологическая модель эксплуатации газовых  
гигантов .............................................................................................................. 176 
5.2.4. Моделирование глубинного строения газовых гигантов 
.................... 180 
5.3. Нефтяные месторождения-гиганты с кислыми попутными  
компонентами ........................................................................................................ 192 
5.3.1. Геологическая модель Тенгизского нефтяного  
месторождения-гиганта .................................................................................... 192 
5.3.2. Моделирование эксплуатации ............................................................... 199 
5.3.3. Моделирование закачки воды для поддержания пластовых  
давлений ППД 
.................................................................................................... 205 
5.3.4. Моделирование закачки газа Сайклинг для увеличения  
извлечения нефти КИН 
..................................................................................... 206 
5.4. Товарная продукция переработки углеводородов с кислыми  
компонентами ........................................................................................................ 209 
ГЛАВА 6. ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО  
СТРОЕНИЯ И НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ СОЛЕРОДНЫХ  
ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ И ГОЛФ КОСТ (США) .............................. 211 
6.1. Сравнительное солеродное строение и нефтегазоносность  
Прикаспийской впадины и Голф Кост ................................................................ 211 
6.2. Эксплуатация месторождений кислых газов с аномальными  
пластовыми давлениями и температурами Голф Кост 
...................................... 221 
6.3. Закономерности распространения нефти и газа в Прикаспийской 
солеродной впадине .............................................................................................. 231 
6.4. Роль географического распределения гигантских месторождений  
в мировом балансе нефти и газа .......................................................................... 242 
ГЛАВА 7. ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ, ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ 
МОНИТОРИНГ СОЛЕРОДНЫХ ВПАДИН ПРИ РАЗВЕДКЕ, ДОБЫЧЕ  
И ПЕРЕРАБОТКЕ КИСЛЫХ КОМПОНЕНТОВ 
............................................... 249 
4 
 

7.1. Моделирование геоэкологического мониторинга  
солеродных впадин ............................................................................................... 249 
7.2. Антропогенные месторождения инжекционной технологии .................... 255 
7.2.1. Геологические и гидрогеологические модели  
формирования антропогенных месторождений 
............................................. 255 
7.2.2. Моделирование системы инжекционных скважин ............................. 285 
7.3. Технологии подземной утилизации кислых компонентов ........................ 300 
7.4. Мониторинг утилизации кислых компонентов 
........................................... 302 
7.5. Техногенные осложнения при подземной инжекции кислых  
компонентов 
........................................................................................................... 311 
7.6. Экологическое воздействие инжекции на окружающую  
подземную солеродную среду ............................................................................. 314 
7.7. Географическое, геологическое и экологическое моделирование  
природных техногенных систем ПТС солеродных впадин для поисков, 
эксплуатации и добычи кислых газов ................................................................. 315 
7.8. Моделирование технологии эксплуатации и добычи кислых  
газов ........................................................................................................................ 335 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 345 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
..................................................................................... 351 
 
 
 
5 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Актуальность работы заключается в том, что с увеличением глубин поисков и разведки в недрах Земли нефти и газа расширяется география распространения месторождений и повышаются концентрации содержащихся в них 
биологически и экологически высокотоксичных и химически активных сероводорода и двуокиси углерода. Географический эффект расщирения масштабов 
поисковоразведочных работ вызывает геологический «эффект экологического 
домино», когда расширение географии открытия новых месторождений приводит к резкому увеличению в этих месторождениях содержания токсичных кислых компонентов сероводорода и диоксида углерода, мощные скопления которых не уступают скоплениям углеводородов, что в свою очередь ускоряет темпы экологической опасности поисков и эксплуатации. Таким образом, жизненная необходимость увеличения добычи источников энергии для дальнейшего 
развития мировой цивилизации может приводить к ухудшению экологических 
условий жизнедеятельности цивилизации на Земле. 
Сероводород, являясь нервнопаралитическим компонентом безвозвратного 
отравляющего действия на организмы, выступает при переработке наиболее 
экономическим сырьем для получения элементарной серы, изготовления одной 
из мощнейшей основы химических производств – серной кислоты и другой 
продукции. Диоксид углерода, обладая удушающим воздействием, необходим 
для получения «сухого льда», консервации и хранения пищевых продуктов и в 
различных отраслях промышленности. 
В условиях продолжающегося удорожания природных ресурсов повышение эффективности освоения месторождений нефти и газа зависит от состава и 
свойств добываемого сырья, в особенности от содержания таких ценных и высокотоксичных кислых компонентов, как сероводород и диоксид углерода. Актуальность изучения кислых компонентов в составе природного углеводородного сырья предопределена необходимостью комплексной оценки воздействия 
этих компонентов на масштабы и направления разведки и добычи нефти и газа 
и технологию переработки природного сырья. 
В Прикаспийской впадине разведаны гигантские месторождения нефти и 
газоконденсата (Астраханское, Оренбургское, Карачаганакское, Королевское, 
Тенгизское) с высокими концентрациями кислых компонентов (сероводорода 
до 25 %, углекислого газа до 16 % и выше). Разработка крупных залежей углеводородов такого сложного поликомпонентного состава оказывает существенное влияние на экономику, так как производство материалов из природных углеводородных систем экономичнее всех других способов их получения. Уже на 
стадии разведки месторождений сложного поликомпонентного природного сырья проявляется его техногенное воздействие на окружающую среду и промышленное оборудование. Последующая добыча и переработка углеводородного сырья на месторождениях кислых компонентов сопровождается выделением больших объемов попутных токсичных промышленных отходов, дальнейшая переработка которых экономически нецелесообразна. Своеобразие со6 
 

става углеводородного сырья и промотходов, образующихся при разработке сероводородосодержащих нефтегазовых месторождений и переработке их сырья, 
делает источники природного сырья и полигоны утилизации отходов их переработки объектами повышенного техногенного и экологического риска. 
Одной из главных задач разведки, разработки и переработки месторождений с кислыми компонентами является сохранение природных функций геосферы на уровне, обеспечивающем безопасную жизнедеятельность человеческого сообщества. Несмотря на то, что человечеству известно существование в 
природе кислых газов многие столетия и даже тысячелетия (например, при извержении вулканов, разложении органики и др.) изучение их физикохимических свойств приобрело познавательное значение в начале XX века. 
Теоретические, методологические и технические основы минимизации контроля техногенных и экологических преобразований геологической, промышленной и окружающей среды при разведке и разработке углеводородных месторождений сложного поликомпонентного состава являются дискуссионными 
и находятся до настоящего времени на стадии совершенствования и модернизации. Следовательно, решение проблемы комплексной оценки состояния геосферы при поисках, разведке и разработке нефти и газа, а также при глубинном 
захоронении отходов промышленной переработки этого сырья имеет актуальное научное и народно-хозяйственное значение. 
Гигантские темпы освоения месторождений сложного состава и развитие 
на их базе нефтегазоперерабатывающей промышленности требуют дальнейших 
исследований в области географии, геологии и геохимии кислых газов. Значительным успехам в решении производственных задач по освоению таких месторождений не всегда соответствует уровень знания закономерностей распространения кислых газов в природе, основывающийся на исследованиях индивидуального развития этих компонентов, охватывающих все изменения, претерпеваемые ими от стадии зарождения до конца существования. Техногенез кислых газов – новое направление, представляющее собой раздел географии, геологии и геохимии кислых природных газов и содержащее учение о генезисе и 
формировании их месторождений, в исторически эволюционном аспекте освещающее проблемы индивидуального развития, тесно связанного с парагенезисными процессами при добыче и переработке углеводородного сырья, содержащего кислые компоненты. 
Оформление этого генетического направления стало возможным с достижением определенного уровня геохимических и технологических знаний о сероводороде и, прежде всего, с признанием универсальности процессов генерации кислых газов в геосфере и закономерной связи этих процессов с процессами нефтегазообразования, подразделяемых на несколько этапов: 1) процессы, 
определяющие генерацию кислых газов; 2) процессы, обеспечивающие их миграцию и контролирующие их аккумуляцию; 3) процессы, приводящие к формированию в месторождениях высоких концентраций кислых газов; 4) техногенез кислых газов при разведке, добыче и переработке природного сырья. 
Многочисленные месторождения нефти и газа с кислыми компонентами 
выявлены в Примексиканской, Западно-Канадской, Североморской, Аквитан7 
 

ской, Каракумской и других провинциях. Важнейшую роль в нефтедобывающей промышленности играют Прикаспийская провинция. Однако наименее исследованными при разведке и разработке таких месторождений являются вопросы взаимодействия кислых газов с подземной геологической сферой. Гидрохимическое и гидродинамическое состояние этой среды, соотношение водорастворенных ионносолевых компонентов в ней контролируют масштабы генерации кислых газов, их миграцию и аккумуляцию в залежи. В отличие от таких 
природных газов, как нейтральный азот или неполярные углеводороды, кислые 
газы активно диссоциируются в природных водах и вступают во взаимодействие с водорастворенными солями. В зависимости от направленности этих 
процессов осуществляются масштабы генерации кислых газов, изменения состава пластовых вод и преобразования горных пород. 
Целью работы является обоснование теоретических и технологических 
основ прогнозирования направлений и масштабов техногенеза природных кислых газов при проведении геолого-разведочных работ на нефть и газ, уточнения 
закономерностей генерации и формирования высоких концентраций кислых газов в залежах углеводородов, влияющих на технологию переработки сырья и 
изменение их состава в процессе разработки и добычи таких месторождений, 
направления геохимических преобразований кислых компонентов в составе углеводородов на всех стадиях работ «разведка – добыча – переработка – утилизация отходов переработки». 
Для выполнения этих целей в работе решаются следующие задачи: 
а) установлены общие для солеродных регионов мира геологические особенности генерации, аккумуляции и преобразования кислых газов и выделены 
на этой основе геологические критерии раздельного прогноза кислых газов в 
залежах нефти и газа; 
б) обоснована роль гидродинамических и гидрохимических факторов в 
процессах генерации, миграции, аккумуляции и преобразования кислых газов в 
природных водных солевых растворах; 
в) изучены закономерности формирования высоких концентраций кислых 
газов в залежах нефти и газа, уточнены региональные и локальные закономерности изменения состава этих углеводородов, влияющих на технологию переработки природного сырья и утилизацию отходов его промышленной переработки; 
г) исследованы особенности техногенного влияния разведки и разработки 
месторождений углеводородов, содержащих кислые компоненты, и отходов их 
промышленной переработки на окружающую природную среду; 
д) уточнены геологические и гидрогеологические условия утилизации 
жидких промышленных отходов переработки нефти и газа, содержащих кислые 
компоненты, в глубинные геологические горизонты в регионах солянокупольной тектоники; 
е) обоснованы технические и технологические методы глубинной утилизации промышленных отходов переработки углеводородов с кислыми компонентами; 
ж) разработаны концепция и программа комплексной технологии научнопроизводственного мониторинга окружающей и геологической среды при раз8 
 

ведке и эксплуатации месторождений нефти и газа, переработке природного 
сырья с кислыми компонентами и утилизации отходов их промышленной переработки на нефтегазодобывающих предприятиях в солянокупольных регионах. 
Научная новизна исследований предопределяется обоснованием нового 
направления в географии, геологии, геохимии и технологии переработки нефти 
и газа. Изучение условий генерации и аккумуляции кислых газов на месторождениях углеводородов в солеродных бассейнах мира, исследования геохимических особенностей нефтей и природных газов с кислыми компонентами, влияющими на технологию переработки добываемого сырья, оценка масштабов и 
направления техногенного воздействия на природную среду разведки и разработки месторождений со сложным поликомпонентным составом, уточнение 
технологических особенностей глубинной утилизации отходов промышленной 
переработки углеводородного сырья с кислыми компонентами базируются на 
исследовании поведения кислых компонентов в геологической среде и их взаимодействия с пластовыми гидрофлюидами и углеводородами в процессе миграции и аккумуляции. 
В результате комплексных исследований, базирующихся на этих особенностях, в работе обосновываются комплексные критерии прогноза направлений и 
масштабов техногенного воздействия поисков, разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа, содержащих кислые компоненты, а также утилизации 
отходов промышленной переработки природного сырья поликомпонентного состава на геологическую среду. Уточнены особенности формирования сложного 
поликомпонентного состава природного сырья в солеродных регионах и процессов аккумуляции кислых газов в условиях солянокупольной тектоники, характера техногенных воздействий геолого-разведочных работ, разработки и эксплуатации месторождений углеводородов с кислыми компонентами на окружающую 
среду, а также влияния кислых компонентов в составе нефти и газа на технологию их переработки и утилизации отходов промышленной переработки. 
Практическая ценность выполненных исследований предопределяется 
тем, что освоение месторождений нефти и газа требует производственных знаний не только состава добываемых углеводородов, но и изменений содержания 
кислых компонентов при их разработке, влияющих на технологические особенности переработки углеводородов, а также техногенного влияния высоких концентраций кислых газов на окружающую среду на всех стадиях освоения природного сырья. Несмотря на практическую необходимость, эти проблемы до 
настоящего времени исследованы недостаточно и не соответствуют уровню добычи и переработки углеводородного сырья сложного состава. Проблемы генерации кислых газов, их влияние  на технику и технологию разведки и разработки, добычи и переработки нефти и газа до сих пор являются дискуссионными. 
Вышеизложенное подтверждает практическую и теоретическую необходимость 
исследований влияния кислых газов на масштабы геологоразведочных работ в 
солянокупольных регионах и на технологию переработки углеводородного сырья сложного поликомпонентного состава. 
Основные научно-технические положения работы заключаются в следующем. 
9 
 

1. На основе мирового и отечественного опыта разведки и эксплуатации 
месторождений нефти и газа, содержащих кислые компоненты, обоснованы 
геологические и гидрогеологические критерии ранжировки территории солеродных регионов с целью прогноза концентраций кислых компонентов при поисках, разведке и разработке месторождений, а также геохимические особенности состава и свойств нефти и газа, содержащих кислые компоненты, влияющие на технологию переработки природного сырья сложного состава. 
2. Осуществлена комплексная оценка масштабов и направления техногенного воздействия разведки и эксплуатации, добычи и переработки нефти и газа 
с кислыми компонентами на окружающую природную географическую среду и 
геологическую сферу, обоснованы стадии техногенеза при производстве геологоразведочных и горных работ. 
3. Обоснованы технологические условия проектирования, строительства и 
функционирования полигонов закачки отходов промышленной переработки углеводородов с кислыми компонентами в глубинные подземные горизонты, а 
также прогноз долгосрочности и безопасного функционирования технических и 
геологических объектов полигонов в солянокупольных бассейнах. 
4. Разработаны концепция комплексного научно-производственного геологического и технологического мониторинга подземной среды, структура и программа контроля безопасного функционирования полигонов закачки промышленных отходов переработки в глубинные горизонты межкупольных впадин 
при разработке месторождений нефти и газа с высокими концентрациями кислых газов. 
Основные положения и выводы, изложенные научно-технические предложения работы, необходимы для обоснования промышленной технологии переработки нефти и газа с кислыми компонентами, их захоронении  в глубинные 
горизонты, а также при обосновании инженерных мероприятий по защите недр 
от неблагоприятных техногенных воздействий при разведке, разработке и эксплуатации месторождений со сложным составом природного сырья. Теоретические, геологические и технологические разработки и предложения по оценке 
состояния недр на всех стадиях горных работ необходимы для модернизации 
мониторинга геологической среды при эксплуатации месторождений в солеродных регионах при текущем и перспективном планировании разработки, а 
также для обоснования и оптимизации направления геолого-разведочных работ 
в солянокупольных регионах Министерства природных ресурсов и ведомств газовой промышленности, различных нефтедобывающих компаний, а также при 
строительстве нефтегазодобывающих комплексов. 
В работе изложены основные результаты исследований, выполненных в 
солеродных впадинах и Голф Кост. Исследованы фактические результаты разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа в различных солеродных 
бассейнах мира, оценены материалы по геохимии углеводородов и подземных 
вод, выполнена интерпретация состава пластовых вод и отходов промышленной переработки углеводородного сырья, минералогических и литологических 
особенностей пород, а также анализов смесей промстоков с пластовыми водами 
и прогноз их совместимости. В работе использованы фондовые материалы про10